'방사성폐기물 재활용한다'…원자력연구원, 중성자흡수체 활용 기술 개발

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 원전 운영과정에서 생기는 방사성폐기물을 처분하지 않고 재사용할 수 있는 기술을 개발했다.

한국원자력연구원은 고방사성폐기물처리연구실의 박환서 박사 연구팀이 저준위 방사성폐기물을 물리·화학적으로 안정적인 탄화붕소(B4C)로 전환해 '중성자흡수체'로 재활용하는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

방사성폐기물의 양을 획기적으로 줄여 처분비용을 낮추는 동시에 고가의 중성자흡수체 구입비까지 절감할 수 있는 기술이다.
 
중성자 흡수체는 원자로의 출력을 제어하거나 핵물질의 저장 및 운반 시 연쇄적인 핵분열을 방지하기 위해 사용되며 중성자 피폭방지를 위한 차폐재로도 이용가능하다.

 이번 기술은 원자력발전소 내 보관중인 폐활성탄과 붕산을 함유한 건조분말을 이용한다. 폐활성탄의 구성성분인 탄소(C)와 붕산건조분말 중 붕소(B)를 탄화붕소(B4C)로 합성해 사용후핵연료 건식저장시 핵분열을 방지하는 중성자흡수체로 이용하는 방식이다.

활성탄은 마이크로웨이브를 흡수하면 발열하는 특성을 가진다. 이에 따라 산업용으로 흔히 쓰이는 고출력 마이크로웨이브 장치를 이용, 폐활성탄과 붕산폐액 건조분말을 1500도 이상으로 빠르게 가온하면 탄소와 붕소를 제외한 대부분의 물질은 휘발해 분리되고 중성자 흡수능력이 뛰어난 탄화붕소가 형성된다.

연구팀은 또 원전 해체과정 등에서 발생하는 폐기물 중 극저준위 금속폐기물을 이용해 중성자흡수체를 담는 지지체를 제조, 폐기물 양을 대폭 줄일 수 있도록 했다.
 
지금까지 국내외에서 극저준위 이하 방사성폐기물의 재활용은 단순히 물리적 형태의 전환을 통해 방사성폐기물 처분동굴의 채움재, 관리시설 내 차폐재, 보조 인공구조물 등으로 활용해 왔다.

하지만 이번 기술은 서로 다른 3가지 방사성폐기물을 합성하고 재구성해 활용할 수 있는 획기적인 방법이다.

연구팀은 단순히 탄화붕소(B4C)로 전환해 처분할 경우에도 현재 폐활성탄과 붕산폐액 건조분말보다 물리·화학적 안정성이 뛰어나 특수용기(HIC)를 활용하지 않고도 경주폐기물처분장의 처분인수기준을 만족할 수 있다고 설명했다.

또한 처분부피를 약 30% 이하로 줄일 수 있어 3000억 원 이상(현재 처분비용 약 1519만원/200ℓ 드럼 기준)의 경제적 효과를 얻을 수 있다.

특히 사용후핵연료 건식저장시 임계제어용 중성자흡수체로 제조해 활용할 경우에는 중성자흡수체(저장용기 1개당 수천만원)의 구입비용을 절감하고 사용한 중성자흡수체를 처분하는데 드는 부담도 없앨 수 있다.

연구팀에 따르면 원자력발전소에서는 매년 공기정화계통에서 폐활성탄 약 100드럼, 원자로 감속재로 쓰이는 붕산도 약 수백드럼 폐기물로 발생한다.
 
 고리1호기 등 원자력발전소 해체과정에서는 배관, 부품 등 금속류 폐기물이 호기 당 수천 드럼이 발생할 것으로 예상하고 있다.

이번에 개발한 기술을 활용하면 폐활성탄과 붕산은 전량 새롭게 활용 가능할 것으로 예상되며 처분부담이 큰 원자력시설 해체과정에서 발생하는 금속류 폐기물도 저렴하게 처리할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 현재 방사성폐기물을 원료화, 재료화하고 제품을 제조하는 전체 공정을 실험실 규모에서 모의 시현해 성공적으로 마쳤으며 핵심 기술에 대한 특허도 4건이나 출원했다.
 
이어 부피감용을 위한 탄화붕소(B4C) 전환 처분 기술과 탄화붕소를 중성자흡수체로 활용하는 기술을 실용화한 뒤 원전 해체폐기물 처리 및 사용후핵연료 저장분야에서 상용화가 가능하도로 기술고도화에 나설 계획이다.

 고방사성폐기물처리연구실 박환서 실장은 "일반 산업폐기물을 재활용하듯 방사성폐기물도 또 하나의 유용한 자원으로 발상을 전환하면 국내 방사성폐기물 관리에 커다란 혁신을 가져올 수 있다"며 "지속적인 연구개발을 통해 실용화에 더욱 노력할 것"이라고 말했다.


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